Berechnung der Primärproduktion Calculation of Primary Production Kurzbeschreibung in 10 Schritten

Berechnung der Primärproduktion Calculation of Primary Production

Kurzbeschreibung in 10 Schritten

Peter Bossard, LIM EAWAG

• 1. Schritt: Vertikalprofile

• Auswertung der vertikalen Tiefenprofile der C-Assimilation (mg C m^-3 h^-1), der Chlorophyllkonzentration (mg m^-3) und der vertikalen Lichtverteilung (PAR-Transparenz) für jeden

Probenahme-/Messtag

• 2. Schritt: Assimilationszahl

Berechnung der Assimilationszahl (AN = C-ass / Chl a)

Tiefe C-Ass Chl a AN in m mgC/m³h mg/m³

0 0.27 1.48 0.18

0.5 1.05 1.68 0.63

1 1.81 1.81 1.00

1.5 2.80 1.95 1.44

2.5 3.13 1.75 1.79

3.75 3.65 2.36 1.54

5 2.56 1.37 1.88

7.5 0.72 0.92 0.79

10 0.10 0.41 0.24

12.5 0.00 0.43 0.01

15 0.00 0.25 0.00

20 0.03 0.20 0.15

25 0.00 0.18 0.00

30 0.00 0.12 0.00

35 0.04 0.10 0.44

AN ist die C-Assimilation pro mg Chlorophyll a

Normierung der C-Assimilation auf eine „Biomasse-Einheit“ des Phytoplanktons, damit

verschiedene Tiefenstufen zu verschiedenen Probenahme- zeiten miteinander verglichen werden können

3. Schritt: Strahlung über Wasser

Berechnung der durchschnittlichen Oberflächen-Lichtintensität I_o für PAR, UV-A und UV-B während der Inkubationszeit der Wasserproben zur Messung der C-Assimilation

4. Schritt: Strahlung unter Wasser

• Berechnung der durch- schnittlichen ambienten Lichtintensität (PAR) für jede Tiefenstufe während der Inkubationszeit (ca.

4hr) aus dem PAR

Oberflächenmonitoring (PAR I_o) und den

Unterwasser-PAR- Profilen

Average I_o = 1083 µE m^-2 s^-1

5. Schritt:

Umrechnung von

C-ass amb (gemessen) zu

C-ass norm

Umrechnung von C-ass norm zu

C-ass amb (berechnet)

damit AN (C-Ass) Werte aus verschiedenen Tiefenstufen bei unter- schiedlichen Temperaturen miteinander verglichen werden können

6. Schritt: P / I Beziehung

• Erstellen einer Beziehung zwischen AN und PAR_amb, (kurz auch P/I oder P-E Beziehung genannt)

max 1

1 max

max

AN I AN

I_{PAR PAR}

e e

AN AN

 

 











 







• Berechnen einer mathematischen Beziehung zwischen AN und PARamb aus dem Datenset mit Hilfe eines Curve Fittings (z.B. mit EXCEL-SOLVER) der Gleichung

7. Schritt: Curve Fitting

= I_PAR

8. Schritt: Qualitätskontrolle der Fittings

25 . 2 0036 . 0 25

. 2 092 . 0

1 25 .

2 ^{PAR PAR}

I I

e e

AN











 



 



• Rückberechnen der C-Assimilation in den einzelnen Tiefenstufen mit Hilfe der durch Curve Fitting erhaltenen Gleichung:

„Qualitätskontrolle“ der Berechnung durch Vergleich mit beobachteter C-Ass

9. Schritt: Extrapolation

Extrapolation der gemessenen C-Assimilation

in den einzelnen Tiefenstufen von der vierstündigen Inkubationsperiode auf den ganzen Tag von

Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang mit Hilfe

• der durch Curve Fitting erhaltenen Gleichung für AN

• des PAR-Oberflächen-Monitorings (in 10-Minuten Intervallen)

• und des Unterwasser-PAR-Vertikalprofils (PAR amb in % von I_o)

mit Hilfe des PAR-Monitorings werden einzelne

„Stundenpakete“ der C-Assimilation berechnet und über eine Tagesperiode aufaddiert.

Schritt 9a: Extrapolation auf Tageswerte

• Daten des PAR-

Oberflächen-Monitorings

• gemessene C- Assimilation im Tiefenprofil

 durch Curve Fitting erhaltene P/I Beziehung

• Extrapolation von Stundenwerten auf Tageswerte der C- Assimilation

10. Schritt: Interpolation

• Interpolation zwischen mehreren Messdaten innerhalb einer längeren Periode (Monat, Jahr)

Tagesgänge von PAR aus den in situ

Inkubationen berechnete P/I Beziehungen werden verwendet zur

Berechnung von Tagesprimärproduk- tionswerten. Für jeden Tag zwischen zwei Probenahmen werden die dazu benötigten

Koeffizienten interpoliert.

Schritt 10a: zur Interpolation

 Die Koeffizienten der durch Curve Fitting erhaltenen Gleichung für AN werden täglich neu angepasst durch lineare Interpolation zwischen zwei Probenahmedaten

 Das Unterwasser-PAR-Vertikalprofil (PAR amb in % von Io)

und die in situ Temperatur werden täglich neu angepasst durch lineare Interpolation zwischen zwei Probenahmedaten

 Mit diesen „Koeffizienten -Tages-Sets“ werden mit Hilfe des PAR- Monitorings einzelne „Stundenpakete“ der C-Assimilation berechnet und über eine Tagesperiode aufaddiert.

 Aufaddieren der berechneten Tageswerte zwischen zwei Probenahmen zu längeren zusammenhängenden Perioden

Schritt 10b: zur Interpolation

Interpolierte Werte:

InterpolierteP / I – Kurve (rot) zwischen zwei

Probenahme-Daten (gelbe und blaue Kurven)